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主题:高效碱性无氰镀锌工艺的研究(尤其在铸铁上)

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高效碱性无氰镀锌工艺的研究(尤其在铸铁上)  发帖心情 Post By:2010-1-25 12:11:13    Post IP:60.177.218.16

高效碱性无氰镀锌工艺的研究

 

1 前言

   目前,最常用的镀锌为氰化镀锌、酸性镀锌和碱性锌酸盐镀锌。鉴于氰化物的毒性以及环保要求的日趋严格,氰化镀锌已逐渐被列入淘汰之列。而酸性镀锌和碱性镀锌各有优劣。

酸性镀锌的优点有:镀锌效率高,光亮度高,无刺激气味,也可用于铸铁件、高碳钢。但其也有均镀能力差、深镀能力差、镀层不易钝化、镀层脆性高等缺点。故一般不宜用于对功能性要求较高或外形较复杂的工件。

碱性锌酸盐镀锌则具有良好的深镀能力和均镀能力,在复杂工件的深凹孔洞处或粗糙的铁材上有较佳的覆盖力,同时设备本身也不易腐蚀,设备使用寿命相对延长。目前在世界镀锌范围内碱性锌酸盐镀锌所占的份额已经达到40%,且仍在上升。碱性锌酸盐镀锌也有电镀效率低,沉积速度慢,易出现渗氢现象等缺点,不适合镀高碳钢或铸铁材料。

“锌克能”碱性锌酸盐镀锌体系综合了酸锌和碱性镀锌的优点,既拥有良好的均镀和深镀能力,又可用于铸铁和高碳钢。

2 实验部分

2.1电镀液配比:

氧化锌               10g/l
氢氧化钠             120g/l
锌克能               16ml/l
温度                 20-40℃
阴极电流密度         0.5-6A/dm2
电流效率             60-80%                         
   2.2 "锌克能"工艺工序:
    碱性除油          

    水洗、水洗 

    酸洗

    水洗、水洗            

    阳极碱性电解清洗                                               

    水洗、水洗            

    活化            

    水洗、水洗           

   “锌克能"镀锌           
    水洗、水洗     

    出光            

    水洗、水洗             

    钝化             

    水洗、水洗
    封闭           

    干燥 

2.3采用X射线衍射方法检测比较“锌克能”与普通碱性锌酸盐镀锌的镀层晶体结构。

2.4.1用相同的工件分别用酸性镀锌、普通碱性锌酸盐镀锌、"锌克能"这三种不同系统做电镀,再在相同条件下用三价五彩钝化液(SurTec680LC)做钝化处理,检测其钝化膜中铬含量。

2.4.2 用相同的工件分别用酸性镀锌、普通碱性锌酸盐镀锌、"锌克能"这三种不同系统做电镀,再在相同条件下用三价五彩钝化液(SurTec680LC)做钝化处理,将这三类产品分别做中性盐雾试验。

2.5检测"锌克能"的均镀能力

2.6检测比较普通碱性锌酸盐镀锌、"锌克能"的深镀能力

在一升槽中,采取绝缘管中插片法,绝缘管Φ=12mm,铜片:10x100mm。管与双阳极直立平行。Dk=2A/dm2, t=10min, T=25℃。测量其镀锌层总长度。

3 结果与讨论

3.1 改良晶体结构

    "锌克能"在它的镀锌沉积层中含有其重量0.8-1.0%的有机碳,来自于"锌克能"光亮添加剂的共沉积直接影响了锌沉积的晶粒定向。根据(图一)所显示,传统碱性镀锌系统的X光衍射仅有一个单峰,代表着典型的定向晶体沉积。(图二)显示着多重峰,表示结合含碳锌克能的不定向晶体形成,这种不定向晶体类似碱性镀锌合金的晶体定向。定向晶体随着有机物,杂质等等在内部压力而紧密地挤压下,晶体会向上下推移以排除压力,使得大部分的晶体重新排列。不定向晶体沉积而言相对定向晶体沉积要稳定的多,因此大大地降低了随后因晶体结构变化而引起的脆裂的可能性。      (图一)普通碱性镀锌层X射线衍射图 

       (图二)"锌克能"镀锌层X射线衍射图

镀层的有机碳来源于"锌克能"光亮添加剂,添加剂的多少对镀锌沉积层中含碳量有一定的影响,但随着添加剂含量的升高,含碳量趋向于稳定状态,见(图三)

 



                     (图三) 添加剂对镀层中碳含量的影响 
3.2 增进防腐功能
    "锌克能"锌层另外一个优点在于它对钝化液具有持续的反应性,形成较厚的钝化膜,能大大地增强防腐功能。(图四)表明酸性镀锌、传统碱性镀锌,、"锌克能"这三种不同系统的三价钝化层中铬的含量与其浸泡时间的关系。我们可以很清楚的看到,在相同的时间条件下, "锌克能"的钝化层含铬量相对高得多,即“锌克能"钝化层的膜厚最高。 

     

 

     (图四)三种不同电镀系统镀层中Cr含量与三价钝化液浸泡时间的关系

 

 

 

 

      Acid Chloride Zinc   Alk. NCN Zinc         C-Rich Alk. NCN Zinc

                酸性锌         传统碱性非氰锌                    锌克能

 

 

       (图五) 三种不同镀锌件在相同的三价厚膜钝化后的NSS 500小时试验效果

3.3 对基体的特殊适应能力

铸铁是含碳量较高的铁碳合金,铸铁材料中的碳只有少量与铁形成固溶体,大多以石墨或渗碳体的形式存在,由于石墨会降低氢的析出电位,从而阻碍了锌的沉积。同时铸铁表面粗糙,含有大量气孔、砂眼,孔隙率高,这又增加了锌沉积的困难。在前处理工序前增加喷砂处理是有效降低表面粗糙度的方法。因为酸锌可以镀铸铁而碱锌则功能性更好,有人尝试先镀一层酸锌作底,再镀上碱锌,但此不仅工艺复杂化了,而且两种镀锌层间的结合力也是个问题。

在"锌克能"镀锌体系中,添加剂中所含的特殊有机碳可以有效地提高氢的析出电压,这就可以使锌更易沉积,使能直接镀于铸铁表面上。(图六)所示即为"锌克能"在铸铁上镀锌。

 

3.4优秀的均镀能力和深镀能力

采用赫耳槽试验8点法检测均镀能力:

8点厚度分别为:8.4、8.0、7.6、7.1、6.8、6.5、6.2、6.0

其平均分散能力达到:84.2%,远远高于酸锌、氰化镀锌及一般的碱性锌酸盐镀锌。其深度能力也达到了50%以上,优于一般的碱性锌酸盐镀锌。

图六为"锌克能"在汽车刹车件上不同分布点上的厚度。此类工件再配合高防蚀三价彩钝SurTec 680,并加封闭,经NSS盐雾测试,可达1000小时仍无红锈的优异性能,见图七。

 

厚度分布 :

 

 

 1 :  12.75 microns             2 :  16.31 microns

 3 :  15.11 microns             4 :  15.02 microns

 5 :  15.92 microns             6 :  15.48 microns

 7 :  21.60 microns             8 :  20.59 microns

 9 :  21.12 microns            10 :16.85 microns

 11 : 20.03 microns           12 :15.42 microns 

 13 : 10.56 microns           14 :16.36 microns 

平均膜厚:     16.58 microns

 

(图六)"锌克能"在刹车件上镀锌的厚度分布

 

 

 

 

图七锌克能镀锌经三价五彩钝化和封闭的刹车件1000小时NSS试验

 

 

4 结论

  碱性无氰镀锌"锌克能"是针对解决目前镀锌的问题而发展出来的新型单一光亮添加剂,其锌沉积层中含有0.8-1.0%的有机碳并且有特殊的非定向晶体结构。此种新型的碱性无氰镀锌工艺可以直接镀在例如汽车刹车件的铸铁工件上,并有更优秀的均镀、深镀能力及更好防腐能力。

 

 

摘要:讲解了一种含碳沉积的新型碱性非氰镀锌,研究其特殊的晶体结构,防腐能力,对基体的特殊适应能力

关键词:镀锌,碱性非氰镀锌,碳沉积,铸铁,镀锌光亮剂


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